电子扫描式雷达系统和接收天线

摘要

将阵列天线单元分成构成集合的任意L个组。将由各组的单元间隔的最大公约数构成的集合的最大公约数确定为组间单元间最大公约数。然后，改变构成组的阵列天线单元的数量L。确定小于最大入射波数量的全部L个单元的组间单元间最大公约数。根据作为成分的组的数量L的组间单元间最大公约数，将阵列天线单元的布置间隔确定为这样的值：其在雷达扫描区域内不产生L+1或更多个线性地依赖于与组间单元间最大公约数对应的入射波的方向。

说明书

技术领域

本发明涉及电子扫描式雷达系统，更具体而言，涉及车载电子扫描式雷达系统和用于该系统的接收天线。

背景技术

已开发了利用例如毫米波段的无线电波来测量例如与前方目标相关联的距离、速度和方位的车载雷达，以便应用于车辆之间的车辆间控制或碰撞的减轻。近来，需要雷达例如在低速通过曲线时跟踪从本车看去处在斜前方的车辆，或者检测本车附近的障碍物。在这样的情况下，需要具有方位检测性能以实现监视大的水平范围(大角度)的雷达。响应这一要求，已逐渐采用了电子扫描式雷达系统，该系统利用了由多个天线单元构成的阵列天线。

对于监视远方区域，重要的是雷达的方位分辨率。例如，为了分离并检测在约100米前方沿两条车道并排行驶的两辆车，需要几度的方位分辨率。一般而言，通过扩大阵列天线的孔径，可实现方位分辨率的提高。然而，扩大阵列天线的孔径造成雷达尺寸增大的问题。

而且，在使用例如具有等间隔单元的阵列天线、通过数字波束形成(DBF)来进行方位检测的情形下，依赖于用于接收的阵列天线之间的间隔尺寸，可能造成栅瓣(grating lobe)。当接收信号的相位旋转2nπ时，出现栅瓣。因此，避免可能造成栅瓣的方位的角度被确定为使得能够进行检测的方位。

例如，如图1所示，可存在这种情形：通过借助于装载在车辆60上的、具有等间隔单元的阵列天线进行数字波束形成(DBF)，来针对前行物体或者说车辆61进行方位检测。在这种情形下，如图6所示，处在道路两边的物体造成一些峰。具体而言，可造成与来自路边物体62的反射即反射波S1对应的峰PK1，可造成与来自路边物体63的反射即反射波S2对应的峰PK2，并可造成与来自车辆61的反射即反射波S3对应的峰PK3。除了这些峰以外，还可造成栅瓣PKN1、PKN2和PKN3。

造成这些栅瓣PKN1、PKN2和PKN3的方位基本上与天线间隔的倒数成比例。因而，当使用等间隔阵列天线进行DBF时，通过使天线间隔减小(变窄)，可将栅瓣PKN1、PKN2和PKN3从监视范围(雷达的扫描范围)内去除，从而扩大检测角度。

基于这一思想，可使用天线单元之间的间隔小且天线孔径大的等间隔阵列天线来实现高分辨率的、能够覆盖大的水平范围的电子扫描式雷达。然而，这样的阵列天线是不实际的，因为它涉及到因单元数量的增加而导致的成本的增加或每天线单元增益的下降。

在这种情况下，提出了不扩大天线孔径的面积而在阵列天线的单元之间设置不均等的间隔，使得可抑制栅瓣的出现并且可尽量防止单元数量的增加或雷达尺寸的增大。

与构成这种不等间隔阵列天线的方法有关的技术记载于例如非专利文献1中。该文献提出了这一方法：即，提供使得单元之间的间隔具有质数比的构造，从而区分接收信号的相位，同时使用数字波束形成(DBF)进行方位检测。

同时，为了提高方位分辨率，代替DBF，MUSIC等高分辨率方案作为子间隔方法而为人所知。然而，当不等间隔阵列与MUSIC等称作子间隔方法的高分辨率方案相结合使用时，已经知道，除了出现DBF的栅瓣的方位以外，还在依赖于接收信号的入射方向和阵列天线单元之间的间隔的方位处产生不希望的峰。

〔非专利文献1〕

论文标题：“A Study on an Arrangement Spaces for a Non-uniformArray in Suppressing Grating Lobe”，Osamu MIZOKAMI等人，Instituteof Electronics，Information and Communication Engineers，2000年1月第J83-B卷，1号，141-143页

发明内容

发明要解决的问题

然而，在公开于非专利文献1中的不等间隔阵列天线的单元的布置中，未考虑到当使用高分辨率方案时造成有害影响的不希望的峰。因此，在这种不等间隔阵列天线中，当使用高分辨率方案时不能实现检测角度的扩大。

本发明的目的是提供一种具有不等间隔阵列的接收阵列天线，其能够以高的方位分辨率提供大的检测角度。

解决问题的手段

为了解决上述问题，权利要求1的电子扫描式雷达系统包括：发射天线，所述发射天线能够以在最小角度为θ_min且最大角度为θ_max的雷达扫描区域内进行水平扫描的方式自由地发射由连续波构成的发射信号；接收天线，所述接收天线由以预定的距离间隔布置的多个阵列天线单元构成；混频器，所述混频器将由各所述接收阵列天线单元分别接收到的接收信号与所述发射信号进行混频，以得到拍频信号；A/D转换器，所述A/D转换器将由各所述混频器得到的、各信道的所述拍频信号转换成数字信号；以及目标检测部，所述目标检测部基于所述接收数据即由所述A/D转换器数字化的信号来检测至目标的距离或/和所述目标的相对速度，所述电子扫描式雷达系统的特征在于：

所述接收阵列天线的所述多个阵列天线单元的不等间隔即布置间隔通过如下方式来设定：

(1)将所述阵列天线单元分成两组，以将包含各组的集合表达为G(2，p)(其中p是分配给全部可想到的分组方法的序列号)；

(2)对于构成所述接收阵列天线的所述阵列天线单元的每一组合，进行所述分组；

(3)对于把构成各集合G(2，p)的各组中包含的单元间间隔的最大公约数作为集合元素的集合{D_gcd(1)，D_gcd(2)}，求得所述集合{D_gcd(1)，D_gcd(2)}的最大公约数作为组间单元间隔的最大公约数D_gcd；以及

(4)使得组间单元间隔的所述最大公约数D_gcd不超过下式：

[数学表达式2]

$\frac{2\times \lambda }{\sin \left({\theta }_{\max }\right)-\sin \left({\theta }_{\min }\right)}$

(λ：接收信号(入射波)的波长，θ_max：发射信号在水平扫描范围内的最大角度，θ_min：发射信号在水平扫描范围内的最小角度)。

如权利要求2所述，电子扫描式雷达系统包括：发射天线，所述发射天线能够以在最小角度为θ_min且最大角度为θ_max的雷达扫描区域内进行水平扫描的方式自由地发射由连续波构成的发射信号；接收天线，所述接收天线由以预定的距离间隔布置的多个阵列天线单元构成，所述接收天线被预设以预定的最大入射波数量；混频器，所述混频器将由各所述接收阵列天线单元分别接收到的接收信号与所述发射信号进行混频，以得到拍频信号；A/D转换器，所述A/D转换器以预定的采样频率对由各所述混频器得到的、各信道的所述拍频信号进行采样，以得到接收数据；目标检测部，所述目标检测部基于所述接收数据即由所述A/D转换器采样的数据、使用高分辨率方案来检测至目标的距离或/和所述目标的相对速度，所述电子扫描式雷达系统的特征在于：

所述接收阵列天线的所述多个阵列天线单元的不等间隔即布置间隔通过如下方式来确定：

(1)鉴于所述接收阵列天线的所述最大入射波数量L_max，将所述阵列天线单元分成个数为预定的任选自然数L的组，以将这些组的集合表达为G(L，p)，所述自然数L小于或等于所述最大入射波数量L_max；

(2)对于构成所述接收阵列天线的所述阵列天线单元的每一组合，进行所述分组，以得到表达为下式的集合：

G(L，p)≡{g1，…，gk，…，gL}

(其中p是分配给全部可想到的分组方法的序列号，k是分配给由所述分组产生的各组的编号，k表达为k＝1...L，gk是第k组中包含的单元编号的集合)；

(3)对于把构成各集合G(L，p)的各组gk中包含的单元间间隔的最大公约数作为集合元素的集合{D_gcd(g1)，...，D_gcd(gk)，...，D_gcd(gL)}，求得所述集合{D_gcd(g1)，...，D_gcd(gk)，...，D_gcd(gL)}的最大公约数作为组间单元间隔的最大公约数D_gcd(G(L，p))；以及

(4)对于各所述任选自然数L，求得组间单元间隔的所述最大公约数D_gcd(G(L，p))，并使得组间单元间隔的所述最大公约数D_gcd(G(L，p))不超过下式：

[数学表达式4]

$\frac{\lambda }{\sin \left({\theta }_{\max }\right)-\sin \left({\theta }_{\min }\right)}\times L$

(λ：接收信号(入射波)的波长，θ_max：发射信号在水平扫描范围内的最大角度，θ_min：发射信号在水平扫描范围内的最小角度，L：与组间单元间隔的最大公约数对应的组数量)。

如权利要求3所述，装载在车辆上的电子扫描式雷达系统包括：发射天线，所述发射天线能够以在具有最小角度和最大角度的雷达扫描区域内进行水平扫描的方式自由地发射由连续波构成的发射信号；以及接收天线，所述接收天线由以预定的不等间隔布置的多个阵列天线单元构成；其中对于由所述阵列天线单元接收到的接收信号，使用高分辨率方案处理信号，以检测至本车周围的目标的距离或/和所述本车与所述目标之间的相对速度，所述装载在车辆上的电子扫描式雷达系统的特征在于：

在所述接收天线中，构成所述接收阵列天线的所述多个阵列天线单元的布置间隔可适于通过如下方式来确定：

(1)鉴于所述接收阵列天线，将所述阵列天线单元分成个数为入射波数量L(L是2或更大)的组，以将所得到的集合表达为G(L，p)；

(2)对于构成所述接收阵列天线的所述阵列天线单元的每一组合，进行所述分组，以得到表达为下式的集合：

G(L，p)≡{g1，…，gk，…，gL}

(其中p是分配给全部可想到的分组方法的序列号，k是分配给由所述分组产生的各组的编号，k表达为k ＝1...L，gk是第k组中包含的单元编号的集合)；

(3)对于把构成各集合G(L，p)的各组gk中包含的单元间间隔的最大公约数作为集合元素的集合{D_gcd(g1)，...，D_gcd(gk)，...，D_gcd(gL)}，求得所述集合{D_gcd(g1)，...，D_gcd(gk)，...，D_gcd(gL)}的最大公约数作为组间单元间隔的最大公约数D_gcd(G(L，p))；以及

(4)对于各所述任选自然数L，求得组间单元间隔的所述最大公约数D_gcd(G(L，p))，并使得组间单元间隔的所述最大公约数D_gcd(G(L，p))不超过下式：

[数学表达式4]

$\frac{\lambda }{\sin \left({\theta }_{\max }\right)-\sin \left({\theta }_{\min }\right)}\times L$

(λ：接收信号(入射波)的波长，θ_max：发射信号在水平扫描范围内的最大角度，θ_min：发射信号在水平扫描范围内的最小角度)。

如权利要求4所述，装载在车辆上的电子扫描式雷达系统包括：发射天线，所述发射天线能够以在具有最小角度和最大角度的检测角度内进行水平扫描的方式自由地发射由连续波构成的发射信号；接收天线，所述接收天线由以预定的距离间隔布置的多个阵列天线单元构成；混频器，所述混频器将由各所述接收阵列天线单元分别接收到的接收信号与所述发射信号进行混频，以得到拍频信号；A/D转换器，所述A/D转换器以预定的采样频率对由各所述混频器得到的、各信道的所述拍频信号进行采样，以得到接收数据；以及目标检测部，所述目标检测部基于所述接收数据即由所述A/D转换器采样的数据、使用高分辨率方案来检测至目标的距离或/和所述目标的相对速度，所述装载在车辆上的电子扫描式雷达系统的特征在于：

所述接收阵列天线的所述多个阵列天线单元的不等布置间隔通过如下方式来确定：

使得所述多个阵列天线单元之间的间隔的最大公约数小于所述接收信号的波长；

当所述多个阵列天线单元被分组为由两组构成的集合时，针对全部分组求得组间单元间隔的最大公约数，组间单元间隔的各最大公约数是把构成所述集合的两组中的每一组的单元间间隔的最大公约数作为集合元素的集合的最大公约数；以及

在所述检测角度内不造成线性地依赖于与组间单元间隔的所述最大公约数对应的入射波的方向。

如权利要求5所述，装载在车辆上的电子扫描式雷达系统包括：发射天线，所述发射天线能够以在具有预定的最小角度和最大角度的检测角度内进行水平扫描的方式自由地发射由连续波构成的发射信号；以及接收天线，所述接收天线由以预定的不等间隔布置的多个阵列天线单元构成；其中对于由所述阵列天线单元接收到的接收信号，使用高分辨率方案处理信号，以检测至本车周围的目标的距离或/和所述本车与所述目标之间的相对速度，所述装载在车辆上的电子扫描式雷达系统的特征在于：

在所述接收天线的所述多个阵列天线单元的布置中，所述接收天线中的间隔通过如下方式来确定：

针对全部分组求得组间单元间隔的最大公约数；

当所述多个阵列天线单元被分组为由与L个入射波对应的L个组构成的集合时，针对全部分组求得组间单元间隔的最大公约数，组间单元间隔的各最大公约数是把构成所述集合的所述L个组的单元间间隔的最大公约数作为集合元素的集合的最大公约数；以及

使得组间单元间隔的所述最大公约数不超过所述接收信号的波长的L倍，以防止在通过将所述检测角度分成L个而得到的各角度内产生伪像。

如权利要求6所述，可能有利的是，对于L是从1到L的整数值的每一情形求得所述由组构成的集合，以基于全部所述由组构成的集合中的每个集合的最大公约数来求得组间单元间隔的所述最大公约数。

如权利要求7所述，还可能有利的是，所述多个阵列天线单元之间的间隔被设定为当被任意重新布置时具有质数比。

如权利要求8所述，还可能有利的是，所述多个阵列天线单元被布置为关于所述接收天线的中心左右对称。

发明的优点

根据权利要求1至5的发明，如果在观测范围(即雷达扫描范围或检测角度)内，入射波或目标的数量为2或更少，则不造成线性地依赖于入射波的方向，即不希望的峰。因此，当入射波为2个或更少时，即使当使用MUSIC等称作高分辨率方案的子间隔方法时，也可防止产生大的不希望的峰。

在权利要求2、3和5中，一直到入射波数量L，都不产生不希望的峰。在权利要求2中，当L＝L_max时，一直到雷达系统中的最大入射波数量，都不产生不希望的峰。因此，可进一步避免伪像的有害影响，由此，通过实现大角度检测，可提供实现不等间隔阵列天线布置的雷达系统。

根据权利要求6的发明，鉴于不等间隔阵列天线之间的间隔，可避免栅瓣。

根据权利要求7的发明，由于可使得组间单元间隔的最大公约数尽可能小，所以可有利地易于布置阵列天线单元。

根据权利要求8的发明，由于在进行方位检测运算时使用单一过程，所以对于速度的增大可减少运算量。

应当理解，括号内的数字等便利地指示了附图中的对应元素。因此，本说明书无意限定于或拘泥于附图的记载。

附图说明

图1是示出了雷达系统检测前方目标的例子的平面图；

图2A是示出了本发明的电子扫描式雷达系统的实施例的框图；

图2B是示出了天线的详情的原理图；

图3示出了天线单元的布置和射入该天线单元的多个反射波；

图4(a)示出了不等间隔天线阵列和产生不希望的峰的条件的例子，图4(b)示出了皆通过(a)的天线观测到的、与目标对应的希望的峰和不与目标对应的伪峰(伪像)；

图5示出了皆通过本发明的不等间隔天线阵列观测到的、与目标对应的希望的峰和不与目标对应的伪峰(伪像)；

图6示出了图1所示的检测例子中的、通过使用等间隔天线阵列单元的接收阵列天线接收到的、产生不希望的峰的检测信号的例子；以及

图7示出了在具有6个阵列天线单元的接收阵列天线中使用MUSIC等高分辨率方案进行目标检测的接收信号的状况。

附图标记的说明

1：电子扫描式雷达系统

5：发射天线

6：天线单元

8：接收用阵列天线

10：混频器

13：A/D转换器

17：目标检测部

RX：接收信号

TX：发射信号

具体实施方式

下面参照附图说明本发明的一些实施例。

图2A是示出了根据本发明的实施例的电子扫描式雷达系统1的框图。雷达系统1是使用通过向连续波(CW)施加频率调制(FM)而得到的发射信号Tx的FM-CW雷达系统。由后面要说明的目标检测部17对接收阵列天线8的输出进行MUSIC等高分辨率处理。雷达系统1是装载在车辆上的所谓“车载雷达系统”，它检测例如至前方行驶的车辆(目标)的距离或前方行驶的车辆的相对速度。雷达系统1的检测结果被用于例如避免车辆行驶时的危险和向驾驶员发出通知。使用毫米波作为发射波Tx。

雷达系统1具有发射部4。发射部4包括中心频率为f₀(例如76GHz)且连接至控制信号发生器50的振荡器2、放大器3和发射天线5。通过使用从用于调制的直流电源(未示出)输出的控制电压，振荡器2输出通过向频率为f₀的载波施加频率调制宽度为ΔF的三角波调制而得到的信号。亦即，振荡器2输出频率为f₀±ΔF/2的调制波(发射波Tx)。调制信号被放大器3放大并以电磁波从发射天线5发射。发射波Tx部分地被输出至混频器10以担当用于接收检测的本地信号。为了使发射天线5具有所希望的水平方向性，发射天线5由例如4个单元天线(未示出)构成。发射天线5以发射天线5的中心为中心(即，以本车60的中心CT2为中心)发射发射信号Tx，以在水平方向上覆盖最小角度为θ_min且最大角度为θ_max的扫描范围ARA而进行扫描。

设置于接收部20的接收阵列天线8具有与从第1信道(#1)到第K信道(#K)的各信道对应的K个不等间隔线性阵列天线单元6。各天线单元6由两个组成天线(未示出)构成，并且与发射天线5一样被允许具有固定的水平方向性。如图2B所示，K个阵列天线单元6如后面所述那样在间隔上被设定为在相邻的阵列天线单元6、6之间具有间隔SPn(n＝1～k-1)。

被目标散射反射的无线电波作为接收信号Rx被各天线单元6接收。接收到的接收信号Rx被各RF放大器9放大，并与所分配的发射波Tx由各混频器10进行混频。通过该混频对各接收信号Rx进行下转换以产生拍频信号S3，即，由发射信号Tx与接收信号Rx之间的差得到的差信号。基于接收信号Rx和发射信号Tx得到拍频信号S3的技术是例如在日本特开平11-133142号公报中说明的公知技术，因此，这里省略对详细过程的说明。

各天线单元6的所产生的拍频信号S3经过为各天线单元6设置的各低通滤波器12，并由各A/D转换器13以采样频率fs进行采样和量化即数字化，以提供每一“快照”的N个采样数据。然后，数字信号被存储在缓冲单元14中以供输出至目标检测部17。

如图2所示，目标检测部17包括拍频检测单元31、方位检测单元33和配对检测单元34。拍频检测单元31基于来自缓冲单元14的数字信号来计算多于0个的拍频。方位检测单元33对于各计算出的拍频、使用MUSIC等作为子间隔方法而为人所知的高分辨率方案来检测目标方位。配对处理单元34基于例如检测出的拍频和方位检测结果进行与目标相关联的距离、方位和相对速度的计算处理，并将计算结果输出至未示出的目标跟踪单元等下游处理单元。应当理解，包括在方位检测单元33中使用的高分辨率方案的处理在内的在目标检测部17中进行的处理是基于公知技术的。因此，这里省略了详细说明。

如上所述，构成接收天线8的多个阵列天线单元6以间隔SPn(n＝1～k-1)布置，以在其间提供不等间隔，以便满足下面说明的需求。在进行该说明之前，先说明在使用MUSIC等作为子间隔方法而为人所知的高分辨率方案(处理)进行目标检测的情形下造成的问题。

当使用MUSIC等作为子间隔方法而为人所知的高分辨率方案来进行目标检测部17中的目标检测时，已经知道，由模式向量构成的方向矩阵的线性依赖性与不希望的峰的产生相关联。

例如，当接收天线8已接收到L个入射波、并且当不存在目标的方向上的模式向量落入模式向量范围{a(θ1)，a(θk)...a(θL)}(其中L个入射波的模式向量按下式展开)内时，会产生不希望的峰。

a(θL)∈span{a(θ1)，a(θk)…a(θL)}

换句话说，当在对雷达系统1的检测角度进行划分的L个入射波所限定的空间中存在有与不存在目标的方向上的模式向量即所谓伪像对应的向量时，会周期性地产生不希望的峰。

使得多个方位的模式向量具有线性依赖性的原因可与多个组间单元间隔的最大公约数D_gcd(G(L，p))相关联，其中每组由天线单元6构成。

组间单元间隔的最大公约数D_gcd(G(L，p))可被定义为把构成接收天线8的天线单元6的各组中包含的单元间间隔的最大公约数作为集合元素的集合{D_gcd(g1)，...，D_gcd(gk)，...，D_gcd(gL)}的最大公约数，所述组是通过使用特定分组方法G(L，p)得到的。

这里引入的方法基于这一思想：针对构成接收阵列天线8的阵列天线单元6，将接收阵列天线8分成多组。具体而言，该思想是将接收阵列天线8分成两组，并将这些组表达为G(2，p)。

对于构成接收阵列天线8的阵列天线单元6的全部组合，进行该分组。因而，要划分的组G(2，p)表达如下：

G(2，p)≡{g1，…，gk}

其中p是分配给全部可想到的分组方法的序列号，k是分配给由该分组产生的各组的编号，k表达为k＝1...，gk是第k组中包含的单元编号的集合，例如gk＝{#1，#4，#K}。

现在假设接收阵列天线8由6个阵列天线单元6A～6F构成，如图7(a)所示，并重点考虑由3个阵列天线单元6A、6C和6D构成的组。如图3所示，在构成输入至3个天线单元6的接收信号Rx的波中，W1是入射角度为0(零＝θ3)的波，W3是入射角度为θ1的波，W2是入射角度为θ2的波。另外，3个阵列天线单元中的6A和6C及6C和6D分别具有单元间间隔L1及L2，其中L1＝10，L2＝15。在这种情形下，假设入射角度θ1和θ2以及该天线组中的相邻天线单元6的间隔L1和L2的最大公约数GCD具有预定的值，亦即，GCD×sinθ1和GCD×sinθ2各自的结果是接收信号Rx的波长λ的整数倍。于是，入射角度为0的波W1对于各天线单元6A、6C和6D无延迟地同相地入射。入射角度为θ2的波W2在天线单元6A和6C之间以恰好2λ的波长延迟同相地入射，并在天线单元6C和6D之间以恰好3λ的波长延迟同相地入射。入射角度为θ1的波W3在天线单元6A和6C之间以恰好4λ的波长延迟同相地入射，并在天线单元6C和6D之间以恰好6λ的波长延迟同相地入射。

因此，波W1、W2和W3以波长λ的整数倍的波长延迟同相地入射到构成阵列天线单元6A、6C和6D的天线组的天线单元6中。亦即，各波W1、W2和W3对于3个天线单元6A、6C和6D同相地入射。这意味着3个天线单元6A、6C和6D在MUSIC等高分辨率方案中等价于单个天线单元6。如上所述，天线单元6A、6C和6D是由6个阵列天线单元6构成的接收阵列天线8的一部分。因而，接收阵列天线8等价于实质上由4个阵列天线单元6构成的接收阵列天线8。

同样地，对于剩余的两个阵列天线单元6B和6E，当波长延迟与上述组一样为波长λ的整数倍时，阵列天线单元6B和6E在MUSIC等高分辨率方案中等价于单个天线单元6。

图7(a)从原理上示出了上述状况。在图中，对于入射角度为θ1的第一行的接收信号的波(例如W3)，图中信号A1、A1′和A1″是以彼此之间多个波长λ的延迟同相地入射到构成第一阵列天线单元组的阵列天线单元6A、6C和6D中的波W3。而且，信号A2、A2′和A2″是以彼此之间多个波长λ的延迟同相地入射到构成第二阵列天线单元组的阵列天线单元6B和6E中的接收信号的波W3。信号A3是入射到构成第三阵列天线单元组的阵列天线单元6F中的接收信号的波W3。入射到阵列天线单元的组中的波W3的信号A1、A2和A3的相位通常小于波长λ，并彼此偏移了任意的量。

图中入射角度为θ2的第二行的接收信号的波(例如W2)也同样如此。图中信号B1、B1′和B1″是以彼此之间多个波长λ的延迟同相地入射到构成第一阵列天线单元组的阵列天线单元6A、6C和6D中的波W2。而且，信号B2、B2′和B2″是以彼此之间多个波长λ的延迟同相地入射到构成第二阵列天线单元组的阵列天线单元6B、6E和6F中的接收信号的波W2。信号B3是入射到构成第三阵列天线单元组的阵列天线单元6F中的接收信号的波W2。入射到阵列天线单元的组中的波W2的信号B1、B2和B3的相位通常小于波长λ，并彼此偏移了任意的量。

图中入射角度为θ3的第三行的接收信号的波(例如W1)也同样如此。图中信号C1、C1′和C1″是以彼此之间多个波长λ的延迟(偏移)同相地入射到构成第一阵列天线单元组的阵列天线单元6A、6C和6D中的波W1。而且，信号C2、C2′和C2″是以彼此之间多个波长λ的延迟(偏移)同相地入射到构成第二阵列天线单元组的阵列天线单元6B和6E中的接收信号的波W1。信号C3是入射到构成第三阵列天线单元组的阵列天线单元6F中的接收信号的波W1。入射到阵列天线单元的组中的波W1的信号C1、C2和C3的相位通常小于波长λ，并彼此偏移了任意的量。

就接收阵列天线8的方向矩阵来说，图7(a)所示的方向矩阵等价于图7(b)所示的方向矩阵。具体而言，接收阵列天线的方向矩阵是由第一阵列天线单元组{6A，6C，6D}、第二阵列天线单元组{6B，6E}和第三阵列天线单元组{6F}构成的3×3方向矩阵。

在这样的情况下，假设在观测范围(雷达扫描范围)内存在满足条件的另一方向(例如入射角θ4)，如图7(c)所示，则与该θ4对应的模式向量建立起线性依赖关系。因而，当在4个方向中的任意3个方向(例如入射角度θ1、θ2和θ3)上存在实际的入射波(例如波W1、W2和W3)时，如图7(d)所示，在剩余的一个方向(例如入射角θ4)上，无论有无入射波，都会产生不希望的峰。

阵列天线单元的组的最大公约数之间的最大公约数D_gcd的值依赖于不等间隔的图案而变化。使得该值很大的图案会造成从下式求得的值超过入射波数量L这一状况：

[数学表达式1]

$\frac{D_{\gcd }\sin \left({\theta }_{\max }\right)-D_{\gcd }\sin \left({\theta }_{\min }\right)}{\lambda }...\left(1\right)$

(λ：接收信号(入射波)的波长，θ_max：发射信号在水平扫描范围内的最大角度，θ_min：发射信号在水平扫描范围内的最小角度)。在这些状况下，会产生至少一个不希望的峰。具体而言，当用入射波数量L均等划分检测角度时，比均等划分的检测角度小的伪像产生周期即不希望的峰的产生周期可构成线性依赖性的条件。结果，如图4(b)所示，会产生不希望的峰PKN。

因此，为了使用此原理来完全抑制不希望的峰的产生，必须考虑入射波数量L。或者，如后面说明的那样，必须考虑事先在雷达系统中规定的最大入射波数量L_max。

对此，当接收天线被分成两组时，如果接收到的入射波数量是2或更少，或如果在雷达系统中规定最大入射波数量为2，则至少能防止产生不希望的峰。

具体而言，如图4(a)所示，以由5个阵列天线单元6构成的接收阵列天线8为例。在该例中，在阵列天线的信道#1和#2之间设有间隔8U(U是基本单位，例如可以是1mm)，在信道#2和#3之间设有间隔2U，在信道#3和#4之间设有间隔3U，在信道#4和#5之间设有间隔5U。

说明将5个阵列天线分成两组的例1。例1中的阵列天线的第一组包括信道#2、#4和#5，而第二组则包括信道#1和#3。在这种情形下，在第一组中，信道#2和#4之间的间隔是5U，信道#2和#5之间的间隔是10U，信道#4和#5之间的间隔是5U。因此，对于第一组的单元间间隔，其最大公约数是5U。在第二组中，由于信道#1和#3之间的间隔是10U，所以对于第二组的单元间间隔，其最大公约数是10U。因而，例1中的组间单元间隔的最大公约数(即，5U和10U的最大公约数)是5U。当5U大于或等于3个波长时，会造成伪像或者说栅瓣。

在下面说明的例2中，以与例1不同的方式将该5个阵列天线分成两组。例2中的阵列天线的第一组包括信道#1、#2和#3，而第二组则包括信道#4和#5。在这种情形下，在第一组中，信道#1和#2之间的间隔是8U，信道#1和#3之间的间隔是10U，信道#2和#3之间的间隔是2U。因而，第一组的单元间间隔的最大公约数是2U。在第二组中，由于信道#4和#5之间的间隔是5U，所以单元间间隔的最大公约数是5U。因而，例2中的组间单元间隔的最大公约数(即，2U和5U的最大公约数)是1U。

在下面说明的例3中，以与例1不同的方式再次将该5个阵列天线分成两组。例3中的阵列天线的第一组包括信道#1、#2、#3和#4，而第二组仅包括信道#5。在这样的分组中，第一组中的单元间间隔的最大公约数是1U。具体而言，考虑到信道#1和#2之间的间隔是8U，信道#1和#3之间的间隔是10U，信道#1和#4之间的间隔是13U，信道#2和#3之间的间隔是2U，信道#2和#4之间的间隔是5U...等等，第一组的单元间间隔的最大公约数是1U。仅由信道#5构成的第二组的单元间间隔的最大公约数被认为是零。在这种情形下，例2中的组间单元间隔的最大公约数(即，1U和零的最大公约数)是1U。

在上述例1、2和3中，组间单元间隔的最大公约数的最大值是5U。对此，各阵列天线单元6之间的间隔被确定为使得求得的组间单元间隔的最大公约数不超过从下式(3)求得的值。由此，可防止在检测角度范围内出现伪像(不希望的峰)PKN。

[数学表达式2]

$\frac{2\times \lambda }{\sin \left({\theta }_{\max }\right)-\sin \left({\theta }_{\min }\right)}...\left(3\right)$

应当理解，sin(θ_max)和sin(θ_min)之间的关系通常是以0°为中心±α°。这里α的值大于具有使得雷达系统1的发射波的发射能量可以检测目标的程度的预定值。例如，参照图1，来自本车的雷达系统1的发射波具有如双点划线H所示的发射能量。而且，在本车正面的双点划线H1和本车侧面的双点划线H2之间的交点处存在反转点A和B。在这种情形下，通过将反转点A和B与本车雷达系统1的发射部5相连而得到的角度可以是检测角度。具体而言，在图1所示的情形下，检测角度等于关于雷达发射波的发射中心即0°左右对称的角度α，即2×α。在等间隔阵列天线中，可建立如下关系式：

${\theta }_{\max }\cong \pm \arcsin (\lambda /2d)$

(其中d是等间隔阵列天线中的间隔)。在不等间隔阵列天线中，将不等间隔中的最大间隔应用于d，可得到可足够用作θ_max的值。

这里，对于将接收天线分成两组仅给出了三个例子。然而，实际上，还有更多种将天线分成两组的方法。基于式(2)，可对于全部分组方法进行与上述计算相同的计算，以求得各组的组间单元间隔的最大公约数。确保了在全部分组中求得的组间单元间隔的最大公约数都小于由式(3)求得的值。

不仅组间单元间隔的最大公约数、而且阵列天线单元6之间的间隔本身的最大公约数也必须不超过由式(4)确定的值，从而可抑制栅瓣的产生。

[数学表达式3]

$\frac{\lambda }{\sin \left({\theta }_{\max }\right)-\sin \left({\theta }_{\min }\right)}...\left(4\right)$

图5(a)示出了在图2B所示例子中的5个阵列天线单元6之间具有间距SPK即SPK-1＝37、SPK-2＝29、SPK-3＝13且SPK-4＝17这一情形下的、与目标或伪像对应的波峰的例子。图5(a)示出了呈现与如图1所示的配备有雷达系统1的车辆60与来自除目标63以外的目标61和62的入射波之间的方位关系相似的关系的、由适用本实施方式的不等间隔阵列天线检测到的波形。

从图5可见，相对于与目标61的反射波S1对应的峰PK1和与目标62的反射波S2对应的峰PK2，与栅瓣对应的峰PKN1和PKN2都处在低水平。而且，看不到与伪像对应的不希望的峰。

具体而言，由于上述方法，可实现这样的不等间隔阵列天线布置：该布置可使得伪像产生周期即不希望的峰的产生周期大于通过将检测角度(雷达扫描范围)分成两部分而得到的区域范围角度。因此，至多仅对于两个方向产生与目标对应的频谱峰。因而，即使当使用MUSIC等称作子间隔方法的高分辨率方案时，也可在识别两个或更少目标的状态下避免产生大的不希望的峰。

如上所述，使用根据本发明的具有单元间间隔的接收阵列天线，可实现能够在减少单元数量的同时在高分辨率性能和大角度性能之间达到平衡的低成本雷达系统。

在图2B中，例如，构成接收阵列天线8的多个阵列天线单元6的布置可以以接收阵列天线8的中心CT为中心而呈左右对称。此布置可允许当在方位检测单元33中使用高分辨率方案进行方位检测运算时使用单一过程。这可有助于减少运算量，从而使高速处理成为可能。

或者，该配置可使得阵列天线单元6之间的间隔当任选地重排序时具有质数比。这样，即使当天线单元之间的间隔的比率被设定为较小的整数时，也可有利地尽量减小组间单元间隔的最大公约数Dgcd。

上述实施例具有这一思想：在射向雷达系统1的入射波数量是2或更少的情形下将检测角度分成两部分，使得可抑制栅瓣和不希望的峰的产生。

在上述实施例中，假设接收阵列天线8的入射波数量L是3。当构成L＝3时，5个阵列天线单元6可被分成3组，如图4(a)的例4所示。例如，阵列天线单元6可被分成含阵列天线单元6的信道#2、#4和#5的第一组、含阵列天线单元6的信道#1的第二组和含阵列天线单元6的信道#3的第三组。然后，可求得各组的最大公约数GCD。

在图4(a)的情形下，第一组的最大公约数GCD是5U，第二组的最大公约数GCD是0，第三组的最大公约数GCD是0。此后，可求得把各组中包含的单元间间隔的最大公约数作为集合元素的集合{5U，0U，0U}，接着求得该集合{5U，0U，0U}的最大公约数GCD作为组间单元间隔的最大公约数。在图4的情形下，组间单元间隔的最大公约数是5U。

在这种情形下，5U可能会超过波长λ的三(＝L)倍。具体而言，伪像产生周期(不希望的峰的产生周期)可能小于θ_max和θ_min之间的角度也即检测角度的三分之一，或者说可能小于检测角度的L分之一，在这种情形下，建立线性依赖性的条件，从而在观测范围内产生伪像(不希望的峰)PKN，如图4(b)所示。以这种方式，当就组间单元间隔的最大公约数而言所使用的分组如上述实施例那样设为2时，如果入射波数量是3或更多，则会产生不希望的峰或者说伪像。

因此，可确保响应于入射波数量而抑制不希望的峰的产生。具体而言，当雷达系统1识别出3个或4个目标时，可确保响应于雷达系统1所识别的目标数量即入射波数量而划分检测角度。在这种状况下，上述实施例允许产生不希望的峰。应当理解，亦可确保使用由图像传感器进行的目标检测的结果来识别受识别的目标的数量，该图像传感器主要用于与雷达系统1分开的车辆的预碰撞控制系统。在这种情形下，确保了由式(4)确定的值不超过组间单元间隔的最大公约数：

[数学表达式4]

$\frac{\lambda }{\sin \left({\theta }_{\max }\right)-\sin \left({\theta }_{\min }\right)}\times L...\left(4\right)$

其中L是待由当前雷达系统1识别的目标数量或者说波数量。在这种情形下，作为不等间隔阵列天线的接收天线的单元间间隔被按照集合G(L，P)分成1～L组，其中每组中包含一个或多个天线单元。

G(L，P)≡{g1，…，gl，…，gL}

(其中p是分配给全部可想到的分组方法的序列号，l是分配给各划分的组的编号，即，例如l＝1...L，g1是第一组中包含的单元编号的集合，例如{#1，#4，#5})。在这种情形下，使得集合{D_ged(g1)，...，D_ged(gl)，...，D_ged(gL)}的最大公约数成为组间单元间隔的最大公约数，其中集合元素是按照G(L，P)划分的各组gl中包含的单元间间隔的最大公约数。

以这种方式，如果响应于目标数量或者说波数量L而满足式(5)：

[数学表达式5]

$\frac{D_{\gcd }\sin \left({\theta }_{\max }\right)-D_{\gcd }\sin \left({\theta }_{\min }\right)}{L}>\lambda ...\left(5\right)$

(其中D_ged表示组间单元间隔的最大公约数)，则不仅可防止产生栅瓣，而且可防止产生不希望的峰。换言之，不等间隔阵列天线仅可被布置成使得用入射波数量L划分检测角度所得到的角度范围变得大于不希望的峰的产生周期即λ/D_ged。

入射波数量L不会超过最大入射波数量L_max。如果考虑该最大入射波数量L_max，则不管入射波数量如何都不产生不希望的峰。应当理解，最大入射波数量L_max是雷达系统1识别的目标的最大数量，并被确定为雷达系统1的预设值。然而，只有仅比不等间隔阵列天线6的数量少1的值可被物理地预设为L_max并被识别为目标。例如，如图2B所示，当有6个阵列天线6时，最多可识别5个目标，使得可使用从1到5的值作为最大入射波数量L_max。

如果要抑制个数多达最大入射波数量L_max的不希望的峰的产生，则不等间隔阵列天线之间的间隔可被确定为满足下式：

[数学表达式6]

$\frac{\lambda }{\sin \left({\theta }_{\max }\right)-\sin \left({\theta }_{\min }\right)}{L}_{\max }<D_{\mathrm{ged}}...\left(6\right)$

其中G(L，P)的L是1至L_max。组间单元间隔的最大公约数可以是把按照G(L，P)划分的各组gl的单元间间隔的最大公约数作为集合元素的集合{D_ged(g1)，...，D_ged(gl)，...，D_ged(gL_max)}的最大公约数。

换言之，使构成集合的组的数量L改变。然后，对于小于或等于最大入射波数量L_max的全部数量L，计算组间单元间隔的最大公约数D_gcd(G(L，p))。然后，设定各阵列天线单元之间的间隔，以使得组间单元间隔的各最大公约数不超过由式(3)确定的值，从而该间隔在雷达扫描区域内不造成线性地依赖于所述L个入射波的方向。于是，如图5所示，在设计上，对于小于或等于最大入射波数量L_max的全部数量L，可有效地防止在观测范围(雷达扫描范围)内产生数量超过该入射波数量的伪像(不希望的峰PKN)。

应当理解，最大入射波数量L_max是在设计上设定的预设值(一般小于或等于构成接收阵列天线的阵列天线单元的数量)。如上所述，L可以取任何值(例如前面所述的2)，只要其小于或等于最大入射波数量L_max即可。

当数学表达式5中的L是从1到L_max的任选整数时，对于至多该任选整数的目标数量，不仅可防止产生栅瓣，而且可防止产生不希望的峰。

工业实用性

本发明可用于车载电子扫描式雷达系统。